■和算にまなぶ(その21)

 3辺の長さα,β,γ三角形(高さh)のなかに,長軸が底辺に平行な楕円(長軸2a,短軸2b)が内接している.

 このとき,

  b^2(h−2b)(β^2−γ^2)^2=α^2(h−b)^2(α^2h−2α^2b−4a^2h)

が成り立つ.

  [参]土倉保「算法助術」朝倉書店

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 内接円のとき,

  a=b=r

  S=αh/2=r(α+β+γ)/2

  h=r(α+β+γ)/α

  r^2(h−2r)(β^2−γ^2)^2=α^2(h−r)^2(α^2h−2α^2r−4r^2h)

左辺からhを消去すると

r^3((β+γ)/α−1)(β^2−γ^2)^2

=r^3((β+γ)/α−1)(β+γ)^2(β−γ)^2

右辺からhを消去すると

r^3(β+γ)^2・{α(α+β+γ)−2α^2−4r(α+β+γ)/α)}

={α(β+γ)−α^2−4r(α+β+γ)/α)}

 したがって,

((β+γ)/α−1)(β−γ)^2={α(β+γ)−α^2−4r(α+β+γ)/α)}

((β+γ)−α)(β−γ)^2={α^2(β+γ)−α^3−4r^2(α+β+γ)}

4r^2(α+β+γ)={α^2(β+γ)−α^3}−((β+γ)−α)(β−γ)^2}

=((β+γ)−α){α^2−(β−γ)^2}

=(−α+β+γ)(α−β+γ)(α+β−γ)

 r^2=(−α+β+γ)(α−β+γ)(α+β−γ)/4(α+β+γ)

 ここで,α+β+γ=2sとおくと,

  r^2=(s−α)(s−β)(s−γ)/s

  S=rs

  S={s(s−α)(s−β)(s−γ)}^1/2

となって,ヘロンの公式が得られる.

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